C1: QP-Oberflächenemitter - Laser und Einzelphotonenquellen F. Hopfer und D. Bimberg, TU Berlin

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Hede Ziegler
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1 1: QP-Oberflächenemitter - Laser und Einzelphotonenquellen F. Hopfer und D. Bimberg, TU Berlin VSEL Einzelphotonenemitter direkt moduliert indirekt moduliert n p p n Mode control DBR Aperture p DBR VSEL- Kavität EO-Modulator- Kavität Nicht in Resonanz - schwaches Signal In Resonanz - starkes Signal 1

2 1: QP-Oberflächenemitter - Laser und Einzelphotonenquellen Aufgabe Ultraschnelle VSEL und Quellen für polarisierte oder polarisationsverschränkte Photonen Vorhaben in der ersten Förderperiode Direkt modulierte VSEL: Sub-Monolagen QPe: Reduktion d. Gewinnkompression Reduktion d. Gittertemperatur Erhöhung d. Photonendichte, Nutzung v. avity-qed-effekten f. max. Resonanzfrequenz EOM-VSEL: Optimierung von Quantenfilmen für maximalen EO-Effekt Designs: a) zwei gekoppelte Kavitäten, b) Kavität mit oberem EOM-DBR Einzelphotonenquellen: Positionierte QPe mit kontrollierter Feinstrukturaufspaltung kleines Modenvolumen für hohe Emissionsrate, Betrieb bis 77 K Zusammenarbeit A1, A2, A3, A4, A5, A6 B1, B2, B3, B4 2, 6 2

3 5: Halbleiterlaser hoher Brillanz Götz Erbert (FBH), Dieter Bimberg. (TUB) onventional ( >20 o VFF) 4W Vertical PB (<7 o VFF) Lateral PB (<7 o VFF, <1 o LFF) Zukunft PB Tilted cavity laser: + wavelength stabilization 4A 940 nm - Hochleistungsdiodenlaser höchster Effizienz konventionelle InGaAs / AlGaAs - Struktur 3

4 5: Halbleiterlaser hoher Brillanz Götz Erbert (FBH), Dieter Bimberg (TUB) Innovationen für effiziente Diodenlaser im Leistungsbereich P > 10W mit hoher räumlicher Strahlqualität und geringer spektraler Breite Diodenlaser geringster vertikaler Divergenz (θ < 7 ) Wellenführung in Schichtstrukturen, die als photonische Kristalle ausgeführt sind (PB-Laser) Alternative Konzepte auf der Basis dicker Wellenleiter Wellenlängenstabile Diodenlaser Ausführung von vertikalen Schichtstrukturen für Kantenemitter als spektrale Filter (T- Laser) Untersuchung aktiver Zonen für θ < 7 - Kantenemitter Mehrfache Quantengrabenstrukturen Quantenpunkte Beispielhaft an As-basierten Strukturen N- bzw. P-basierte Strukturen im SFB (A1, A3) Grundmodelaser P > 1W, θ < 7, Ziele erste Förderungsperiode T-Laser mit vergleichbaren Eigenschaften zu herkömmlichen DFB/DBR-Lasern Zusammenarbeit A1, A2, A3, A4 B3, B4 4

5 6: Dynamik von Kantenemittern für zukünftige Multi-Terabit-Systeme Dieter Bimberg, Matthias Kuntz, TU Berlin Bauelemente Ziele Status quo 40 Gb/s direktmodulierte Laserdiode Niedrige Leistungsaufnahme Temperaturinsensitiver Betrieb 40 Gb/s Datenrate 10 Gb/s 100 Gb/s optische Pulsquelle + Modulator Großer Synchronisationsbereich Fourier-limitierte kurze (sub-ps) Pulse Sehr kleiner Jitter 40 GHz / 1.8 ps 100 Gb/s optischer Halbleiterverstärker Großes GewinnBandbreiten-Produkt Verzerrungsfreie schnelle Verstärkung Polarisationsinsensitiver Betrieb 40 Gb/s 5

6: Dynamik von Kantenemittern für zukünftige Multi-Terabit-Systeme Dieter Bimberg, Matthias Kuntz, TU Berlin Wachstumsaufgaben (mit A2, A4, A5,

Gewinns Unterdrückung der Ladungsträger-Reemission durch Tunnelinjektion Polarisationsunabhängigkeit durch vertikale Kopplung der QP-Strukturen

Ladungsträgertransport in der aktiven Zone Modellierung der Transmissionfunktionen Modellierung von Modenkopplung Integrationsaufgaben (mit 1, 7)

6 6: Dynamik von Kantenemittern für zukünftige Multi-Terabit-Systeme Dieter Bimberg, Matthias Kuntz, TU Berlin Wachstumsaufgaben (mit A2, A4, A5, A6) Reduktion parasit. Ladungsträgerreservoirs Erhöhung des Gewinns / diff. Gewinns Unterdrückung der Ladungsträger-Reemission durch Tunnelinjektion Polarisationsunabhängigkeit durch vertikale Kopplung der QP-Strukturen Modellierungsaufgaben (mit B1, B2, B3, B5) Ab initio Berechnung von Nanostrukturen Dynamisches Modell der nanostrukturierten Gewinnmedien Ladungsträgertransport in der aktiven Zone Modellierung der Transmissionfunktionen Modellierung von Modenkopplung Integrationsaufgaben (mit 1, 7) Ionenimplantation sättigbarer Absorber GaAs-basierte Kantenemitter mit vergrabenen Heterostrukturen Photonische Bandlücken-Strukturen Monolithische Integration von Lasern, Verstärkern und Modulatoren / passiven optischen Strukturen 6

7 7: Rein optische Signalverarbeitung mit quantenpunkt-basierten Halbleiterlaser-Verstärkern K. Petermann (TU Berlin) und. Schubert (Fraunhofer HHI) Gewinndynamik Konventionell: SOA-basierter MZI-Schalter Quantenpunkt- SOA: Vollständige Grundzustands-Gewinnerholung nach Doppelpumppuls mit 5 ps Verzögerung 5 ps entsprechen 200 Gb/s S. Dommers, et al. and D. Bimberg, APL 90, (2007) 7

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